【正文】 信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電 對講機等。 某些專用單片機設計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于 ROM），由微控制 器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。 單片機在汽車電子中的應用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于 CAN 總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器， GPS 導航系統(tǒng)， ABS 防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。 紅外自動水龍頭 10 第二章 設計方案 設計方案的選擇與論證 市場上流行的紅外自動水龍頭控制方案大都采用 555 控制、紅外線傳感器控制。 555 控制設計方案 圖 555 控制型自動水龍頭 在圖 1 中， 555 電路主要用來產(chǎn)生脈沖信號，有 555 振蕩電路所產(chǎn)生的一定頻率的脈沖信號，通過驅(qū)動紅外線發(fā)射管發(fā)出相同頻率的紅外線信號，實現(xiàn)紅外線控制電路的功能。平時，紅外線接收管接受不到發(fā)射管發(fā)射的紅外信號，LM567 的⑧腳輸出高電平， VT3 截止，繼電器不吸合，水閥關(guān)閉。 圖 自動水龍頭工作示意圖 裝置由于采用了 555 電路組成的脈沖振動器，電路組成與調(diào)整簡單，工作穩(wěn)定可靠，場合廣，成本低。 紅外傳感器自動控制 如圖是采用 SM9576 型號的紅外傳感器自動水龍頭控制原理圖： 圖 SM9576 型號的紅外傳感器控制原理圖 紅外自動水龍頭 12 SM9576 是一種性能可靠的單片紅外線傳感器。 SM9576 有三組控制輸出端 Q0～ Q2，分別對應于 12 腳、7 腳、 8 腳， Q0～ Q2 的輸出狀態(tài)由 11 腳上所接的電位決定。由圖可知，在沒有人洗手或無物體靠近時， Q0～ Q2 均為低電平，三極管 VT2～VT4 均于截止狀態(tài)，繼電器 K1～ K3 均打開，皂液供應閥 Y供水閥 Y2 及干手用的電吹風均不工作。再洗手 6 秒后，Q2 變?yōu)楦唠娖剑?VT4 導通， K3 得電吸合，接通電吹風的交流電源，電吹風吹出熱風。洗完手離開后，Q0、 Q2 均變?yōu)榈碗娖?，供水閥、電吹風均停止工作，同時 Q1 輸出高電平，放出 8 秒鐘的皂液在容器內(nèi)以供下次使用。以上這兩種方案都不能很好的解決水流量自動調(diào)節(jié)的難題。單片機通過改變 555 集成電路輸出端的電阻 大小，進而改變了紅外線的最大探測距離。采用 51 系列單片機作為數(shù)據(jù)處理，把相應的紅外線接收管開關(guān)信號轉(zhuǎn)化為控制水龍頭流量的開關(guān)信號。 單片機5紅外發(fā)射電路紅外接收電路驅(qū)動電路動作電路 圖 該方案的系統(tǒng)設計框圖 。這種關(guān)系不僅體現(xiàn)在硬件上，而且在軟件程序 上三者是互為一體，是程序的主要部分?？刂齐娐吩O計主要包括：單片機的選型、時鐘電路、復位電路。 8051 是單片機早期的經(jīng)典產(chǎn)品，以后的 51 系列單片機都是據(jù)此發(fā)展起來的。隨著科技日新月異的發(fā)展，現(xiàn)在市場上已有許多優(yōu)秀的替代品， AT89C51 就是其中的代表。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。外形及引腳排列如圖所示 一、芯片的引腳描述 如圖，是 AT89C51 的符號圖。 下面按其引腳功能分為四部分敘述這 40 條引腳的功 能。 外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1（ 19 腳）接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。 圖 AT89C51 引腳圖 控制或與其它電源復用 引腳 RST/VPD、 ALE/PROG、 PSEN和 EA/VPP ① RST/VPD（ 9 腳）當振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復位。 VCC 掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部 RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 ）內(nèi)， VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。即使不訪問外部存儲器， ALE 端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。 ③ PSEN（ 29 腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 ④ EA/Vpp（引腳）：當 EA 端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在 PC（程序計數(shù)器）值超過 0FFFH（對 851/8751/80C51）或 1FFFH（對 8052）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。對于常用的 8031 來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以 EA 腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。 ② P1 口（ 1 腳至 8 腳）：是準雙向 8 位 I/O 口。P1 口能驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 LS 型的 TTL 負載。對 EPROM 編程和程序驗證 時，它接收低 8 位地址。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴展電路高 8 位地址總線送出高 8 位地址。 P2 可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 LS 型的 TTL 負載。 P3 能驅(qū)動（吸紅外自動水龍頭 17 收或輸出電流） 4 個 LS 型的 TTL 負載。 作為第二功 能使用時，各引腳的定義如表所示。 表 P3各口線的第二功能定義 口線 引腳 第二功能 10 RXD（串行輸入口） 11 TXD（串行輸出口） 12 INT0（外部中斷 0） 13 INT1（外部中斷 1） 14 T0（定時器 0外部輸入） 15 T1（定時器 1外部輸入） 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖） 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖） 主要特性： 1． 與 MCS51 兼容 2． 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 3． 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 4． 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 5． 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 6． 三級程序存儲器鎖定 7． 除紅外自動水龍頭 18 8051/8751 外真正可完全為用戶使用的 I/O 口線只有 P1 口，以及部分作為第一功能使用時的 P3 口。這些引腳構(gòu)成 MCS51 單片機片外三總線結(jié)構(gòu)，即： ①地址總線（ AB）：地址總線寬為 16 位，因此，其外部存儲器直接尋址為 64K 字節(jié)， 16 位地址總線由 P0 口經(jīng)地址鎖存器提供 8 位地址（ A0 至 A7）； P2 口直接提供 8 位地址（ A8 至 A15）。 ③控制總線（ CB）：由 P3 口的第二功能狀態(tài)和 4 根獨立控制線 RESET、 EA、 ALE、 PSEN 組成。單片機在時鐘信號控制下，各種部件之間協(xié)調(diào)一直工作，時鐘信號控制計算機的工作節(jié)奏。 通常采用振蕩電路能產(chǎn)出非常精確地正弦波，然后通過變換電路形成方波，這種方波在數(shù)字電路中作為觸發(fā)器的時鐘信號。 在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 兩個引腳間，接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機的時鐘電路，如圖 所示。電路中，電容器 C1 和 C2 對振蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍 30100PF；石英晶體選擇 6MHz 或 12MHz都可以。 紅外自動水龍頭 19 圖 復位電路 復位的目的是使單片機或系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。另外，當程序運行錯誤或由于錯誤操作而使單片機進入鎖死狀態(tài)時，也可以通過復位進行重新啟動。 MCS— 51 系列單片機的 RST 引腳的復位信號的引入端，復位信號為高電平有效，其所需時間在兩個機器周期（ 24 個振蕩周期）以上。 單片機的復位方式有：上電復位電路、改進后的上電復位、上電和手動復位電路。阻容器件的參考值如圖中所示，即 R1=1kΩ， R2=200Ω， C3=22μ F。 紅外自動水龍頭 20 圖 復位電路 控制部件是單片機的神經(jīng)中樞，它包括時鐘電路、復位電路、指令寄存器、譯碼以及信息傳送控制部件。其中有一些控制信號線能簡化應用系統(tǒng)外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號 ALE，控制片外程序存儲器運行的片內(nèi)外存儲器選擇信號 EA，以及片外取 指信號 PSEN。具體說來它包括兩部分： 555 集成紅外線發(fā)射電路、紅外線接收放大電路。在眾多類型的振蕩器中，其中由 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器就是其中的代表。在方案中，所要介紹的紅外線發(fā)光元件，是以砷化鎵 (GaAs)的紅外線發(fā)光二極管 （也稱紅外線發(fā)射二極管）為主體，分別敘述其基本特性及應用電路。為了適應不同的工作電壓，回路中常串有限流電阻。紅外線二極管常有三種驅(qū)動方式：交流、直流、脈動。如果使用直流驅(qū)動的話就不再考慮這個問題。提高的方法，是減小脈沖占空比，即壓縮脈沖的寬度 T。 用紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外線去控制受控裝置時，受控裝置中均有相應的紅外光一電轉(zhuǎn)換元件，如紅外按收二極管，光電三極管等。 555 定時器 555 是美國 Sigics 公司 1972 年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路因輸入端設計有三 個 5kΩ的電阻而得名。它提供兩個基準電壓 VCC /3 和 2VCC /3 兩個比較器 C1 和 C2 各有一個輸入端連接到三個電阻 R 組成的分壓器上，比較器的輸出接到 RS 觸發(fā)器上。輸出級的驅(qū)動電流可達 200mA。當復位端為低電平時， RS 觸發(fā)器被強制復位。 555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 工作。 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 紅外自動水龍頭 24 2VCC /3， A2 的同相輸入端的電壓為 VCC /3。如果閾值輸入端 TH 的電壓 大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于 VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。紅外線發(fā)射器就是利用波長 m～ m 之間的近紅外線來傳送信號的。 555 當做定時器時，其輸出頻率 f 大小是由 R R C4 決定的。 發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。反射式指發(fā)光管和接收管并列一起，平時接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時，接收管收到反射回來的紅外線才工作。由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率較小，紅外接收二極管收到的信號較弱，所以接收端就要增加高增益放大電路。如圖集成運放器1458 構(gòu)成的并聯(lián)電壓負反饋。反饋電流為 RUIfOf.. ?? 輸入電流為 RUI ii 1.. ? 紅外自動水龍頭 27 利用 .. IIif ?的關(guān)系得 RUfO.? =RUi1. ...UUAiouf? RRf1?? 120?? X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .